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天线技术论文范文1
2．1系统硬件设计
系统硬件主要由传感器节点、协调器、控制开关器和上位机组成。传感器节点由传感器、处理芯片、及通信模块组成，主要有温湿度传感器、H2S气体传感器、NH3气体传感器等；控制开关器主要是由主芯片、继电器电路、接收通信模块组成，主要用于控制通风设备的工作状态；协调器负责网络的建立维护和数据的中转，主要任务是为各个传感器分配地址，建立和维护网络；上位机负责数据的接收、存储，并能根据设置的参数进行预警作用。传感器节点由MSP430系列处理器模块、无线通信模块、串口通信模块、传感器模块、电源模块和其它扩展模块组成。选取MSP430系列处理器主要考虑低功耗。为了提高节点间的通信距离，需要在发射器的输出端和发射天线之间增加一个功率放大器，并且采用定向传输技术。各种传感器模块、控制开关器和协调器都是独立设计的，利于节点的重复使用，提高灵活度。
2．2定向天线技术
定向天线（Directionalantenna）是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。定向天线具有增益高、方向性好等特点，能够有效抑制干扰信号，大大减少节点之间的信号干扰，增大了数据的传输距离和数据传送效率，降低信号传输的时延和节点的功耗、提高空间复用度，能够使多个节点同时传输，空间复用率高。并且通过定向天线传输增加额外增益能够实现WSN节点的远距离通信，协议可靠性高，时延小，有效提高了WSN网络吞吐量。
2．3节点软件系统的组成
软件的设计主要由传感器节点软件、控制开关器软件、监测软件组成，除监测软件外，所有程序采用C语言编程实现，监控软件采用eclipse软件结合an－droid－sdk完成。各个应用程序主要由各个传感器硬件模块的驱动、数据采集和通信协议。
2．4通信协议
2．4．1通信算法
针对养殖环境参数监测过程中存在有障碍物影响，会导致传输距离受限制、监测精度不高等结果，因此设计了传输通信协调。通信协议算法主要包含四个阶段：初始化阶段、路由发现阶段、数据传输阶段、路由重发现。
1）初始化阶段
当系统启动时，设置一个启动定时器tt1时间，当tt1时间到达后，节点就定期时间（tt2时间内）向周围节点发送信号HELLO信息，发送HEL－LO信息后就等待回复号RET信息，如果在tt2时间内收到周围节点的RET信息，标注节点已被发现。同时，周围节点在收到HELLO信息后，就会把此节点作为邻节点保存在临时列表中，在tt3时间内向发送节点发送RET信息。如果此节点在自己的通信范围内，就作为自己的邻节点保存在正式邻点列表中，否则抛弃此节点。
2）路由发现阶段
每个节点计算邻居节点的数量，并且根据本身的能量、与基站节点的距离、整个网络节点的均衡等因素，设置成为初始的簇头节点，各个簇头负责簇内数据的采集。除此，各个簇头之间，为了保证路由的可靠性和降低传输数据消耗的能量，采用单跳或多跳的传输方式传输数据。如果簇头节点在基站的接收范围内，就直接把数据传送给基站，如果不在基站接收范围内，就计算各个簇头离基站的位置、本身剩余的能量，保证传输消耗能量最低原则，采用多跳方式传输数据到基站。
3）数据传输阶段
当网络进入稳定状态，簇内成员节点将采集的数据传送给簇头节点，为了避免数据冗余，簇头节点进行数据融合后发送给基站。数据会按照设计的数据传送格式进行传输。
4）路由重发现阶段
由于能量的限制，如果一直保持原路由进行数据传输，就会导致节点能量过多而不能工作，从而破坏整个网络的正常运行。考虑到簇头在网络运行中承担更重任务，设计簇头更换策略。簇头更换策略主要取决于三个因素：选举系数、边缘位置、阈值能量。选举系数决定簇头选举的时间和更换的轮数，设置合理可行的选举系数保证整个网络性能；处于边缘位置的节点若成为簇头，会因传输距离太远，容易耗尽能量而死亡；阈值能量设置得太大，导致很多节点不能成为簇头，势必会因数据传输距离过远，导致网络的不稳定。所以，簇头更换策略是当簇头的满足选举系统时，进入到簇头更换，此时选取出簇内具有最大剩余能量的节点，判断此节点是否处于边缘位置，如果处于边缘位置，继续寻找簇内第二大剩余能量节点，一直到不处于边缘位置为此，然后判定其剩余能量是否大于阈值能量，如果满足则设置此节点为新一轮的新簇头，并向周围所有的节点发送成为簇头的标志信息，重新进行簇内成员的构建，再形成新的路由进行数据的传输。
2．4．2MAC协议
基于定向天线的MAC协议主要使用两种方式：使用RTS／CTS握手方式和不使用RTS／CTS握手方式。前者使用RTS获得邻节点的信息，RTS需要硬件设备获取邻节点的位置信息，后者则使用了音的信号帧，但是这两种方式会带来隐藏终端和聋节点等问题，从而降低了MAC的性能。为了解决这个问题，可以结合定向虚拟载波侦听（DVCS）机制、使用多跳、SDMA（空分多址）等的优点，充分利用定向天线的优势。
2．4．3数据通信格式
考虑到数据通信过程中的可靠性和安全性，设置了数据通信格式。1）传感器节点到协调器的数据格式。数据格式定义如：Head＋len＋data＋stx。其中：Head（2byte），固定为0xFF，0XFE；Len（1byte），data的字节数；Data：数据域———2byte本机地址＋2byte父节点地址＋nbyte传感器数据（n大于等于2）；stx（2byte），固定为0x0D，0X0A。具体发送命令如：FFFE0800010000031200000D0A。其中：FFFE为固定数据头；08为数据长度；0001为本机地址（子节点地址）；0000为父节点地址；03为传感器类型；12为传感器数据，1Lsb＝0．1，如0x10表示1．8；0D0A为数据的结束标志。2）协调器发往监测软件的数据格式。数据格式定义如：FFFD000430300000hhhhhh。其中：byte1byte2：传感器端数据发送的固定头，固定为FFFD；byte3：数据类型的标识，00为H2S传感器的数据，01为温湿度感测器的数据，02为NH3感测器的数据；byte4为传感数据长度（统一为04）；byte4～byte7：为传感器数据；Byte9～byte10：保留；byte11：byte1—byte10校验值（相加取低8位）。
2．5网络构建系统上电后
协调器进行搜索并寻找合理的信道，完成系统初始化和建立网络的任务。各个传感器节点通电后，扫描信道，寻找协调器，并加入到网络中。加入网络后，则开始采集环境数据，传输给协调器，协调器接收各个节点的数据，判定其格式正确后，将其传输给监测软件。
2．6监控软件设计
以eclipse软件为开以平台，结合android－sdk完成监控软件的开发。Android系统是一个源码公开、开放和完整的软件，是由操作系统、用户界面中间件和重要应用程序组成，得到手机运营商的广泛使用。在系统的设计中，应用到了Activity、Intent、Service、An－droidUI、多线程等技术。本系统主要由以下几个方面组成：Android软件与硬件传感器通信的底层驱动，包括打开串口、关闭串口、发送串口信息、接收串口信息以及异步方式读取传感器数据等；主界面内容显示，包含各种传感器数据显示、控制开关器的控制等信息。监控软件接收到数据时首先要对数据的格式进行分析，判定数据格式正确后，确定是哪个传感器的数据，然后进行数据处理，计算结果，在相应界面位置显示数值；把结果与设定的数值进行比较，如果不在设置数值范围内，就进行报警，并把报警信息通过串口发送到协调器，协调器再转发到控制开关器，驱动通风设备工作。
3系统的应用
根据设计的要求，系统设计完成并搭建，在猪舍做了相应的实验和相关的测试，系统测试结果说明，系统实现相应功能，成功读取相应的环境数据。主界面运行显示图中是各个传感器终端节点采集发送回来的数值显示和通风设备工作状态情况。可以通过“菜单键”设置逻辑状态的“关闭”和“启动”在逻辑状态都已关闭情况下，只能显示所有传感器的数据和此时通风设备工作状态，不能达到超限预警的效果。为了能实现环境参数监测的自动控制，必须要开启所有的逻辑状态。通过“菜单键”设置温度、湿度、H2S气体和NH3气体的范围，当采集数据中任一参数超出范围，都可以自动开启和关闭通风设备，达到自动控制效果。H2S和NH3参数范围设置的标准是依据《农产品安全质量无公害畜禽产地环境要求（GB／T18407．3—2001）中的标准来设置，H2S和NH3应控制在10、25mg•m－3以下。根据相关研究表明，猪舍最适宜的温度为8℃～20℃，相对湿度根据猪体质量类型的不同一般为65％～85％。
4结论
天线技术论文范文2
【关键词】无线电测向 测向设备 测向体制 军用和民用
1 无线电系统探测辐射源的基本原理
随着科学技术的快速发展，现在无线电测向已经越来越广泛的被运用在民用和军用设施之中。无线电事业近年来突飞猛进，给人们带来了极大的便利。无线电测向系统主要由测向天线、输入匹配单元、接收机和方位信息处理显示四个部分组成。其中测向天线是电磁场能量的探测器、传感器，它也是能量转化器，主要利用感应空气中传播的电磁波能量以及幅度、相位、到达时间等等信息来变成交流的电信号，馈送给接收机；输入匹配单元从而实现天线甚至是接收机的匹配传输与转变。接收机的作用包括选频、下变频、无失真放大和信号解调；而方位信息处理显示部分的任务就是检测、比较、计算、处理和显示方位信息。
测向机示向度就是指在测向过程里显示的测向读数。测向站是由测向设备、通信系统和附属设备三个方面构成。其中测向站是担任专门执行测向任务的专职单位，它可以分成固定站和移动站两种形式。
无线电测向主要是利用无线电波在几个位置不同的测向站组网来测向，用测向站的示向度进行交汇。短波的单台定位，主要是在测向的同时测定来波仰角，再利用仰角、电离层来计算距离，从而用示向度和距离粗步可以判断台位。
不过在实际操作上要确定辐射源的具置，还需要完成从远到近的分布交测，从而再实现具体确定辐射源的具置。
2 无线电测向系统的主要分类
目前，根据天线系统从来波信号取得信息和对信息处理系统的技术不同主要可以分成两类：一是标量测向，不过它仅仅可以获得和使用到来波信号相关的标量信息；另一种测向方法即是矢量测向，它可以依据它得到的矢量信息数据从而同时获得和使用电磁波的幅度与相位信息。
两种测向方法相比较而言，标量测向的系统历史悠久，应用也更加广泛。最简单的幅度比较式标准测量系统就是旋转环形测向机，这种系统主要对垂直的极化波方向图成8字形。在军用方面，大多数采用比较式的标量测向系统，其测向天线和方向图都是采用了某种对称的形式，如：阿尔考克测向机和沃特森-瓦特测向机以及各种使用旋转角度的圆形天线阵测向机；其中有干涉仪测向机和多普勒测向机是属于相位比较的标量测向系统。而对于矢量测向系统，例如：空间谱估计测向机。它就是矢量系统的数据采集，它的前端就用多端口天线阵列和至少同时利用了两部以上幅度、相位一样的接收机，然后它再根据相应的数学模型和算法，用计算机来解答。矢量系统主要依据天线和接收机数量和后续的处理能力，它主要可以分辨两元甚至多元波长和来波方向。
3 无线电测向体制分类
利用不同的测向原理，现在主流的测向机制可以分为以下几种：
3.1 幅度比较式测向体制
幅度比较式测向体制的工作原理是：依据电波在行进中，利用测向阵或者测向天线的特性，对不同方向来波接收信号幅度的不同来测定来波方向。
幅度比较式的测向体制原理应用十分广泛，主要可以体现在：环形天线测向机、间隔双环天线测向机、旋转对数天线测向机等等，这些是属于直接旋转测向天线和方向图的；交叉换天线测向机、U型天线测向机、H型天线测向机等，都属于间接旋转测向天线方向图。间接旋转测向方向图，是通过手动或电气旋转角度来实现的。手持或者佩戴式测向机也是属于幅度比较式测向体制。
3.2 沃特森-瓦特测向体制
沃特森-瓦特测向机实际上也是幅度比较式测向体制，不过它是利用计算求解或者显示正反切值而不是采用直接或者间接旋转天线方向图。正交的测向天线信号，主要是分别经过两部幅度、相位特性相同的接受机来进行变频和放大的，最后求解或者是显示反正切值，从而解出或者显示来波方向。
单信道的沃特森-瓦特测向机就是将正交的测向天线信号，分别由两个低频率信号来调解，再由单信道 接收机来变频、放大，从而解调出方向信息信号，最后求解或显示正反切值，最后来确定出来波方向。
3.3 干涉仪的测向体制
干涉仪测向体制的测向原理是：利用电波在行进中，从不同方向来的电波到达测向天线阵时在空间上各测向天线单元接受的相位不同，从而相互间的相位差也不同，最后由测定来确定来波相位和相差，即可确定来波方向。
我们至少需要在空间架设三副分开的测向天线的准确的单值确定出电磁波的来波方向。干涉仪测向主要是在正负180度范围里单值的测量相位，当天线间距比较小时候，相位差的分辨能力就会收到限制，天线间距大于0.5个波长的时候就会引起相位模糊。利用沿着每个主基线来插入一个或者多个附加真元来提供附加的相位测量数据，用这些附加项为数据就可以解决主基线相位测量的模糊问题从而来解决上述的矛盾。这种变基线的方法已经被当代干涉仪测向机所广泛使用。而相关干涉仪测向，它是在测向天线阵列工作频率范围内和360度的方向里，利用一定的规律设点，并且同时在频率间隔和防卫间隔上建立样本群。这样，在测向的时候，就可以把测得的数据和样本群来相关运算和插值处理，最后得到来波信号方向。
3.4 多普勒测向体制
多普勒测向体制主要是利用电波在传播的时候，遇到的与它相对运动的测向天线时，被接受的电波信号产生多普勒效应，来测定多普勒效应产生的频移最后来确定来波的方向。
我们必须采用测向天线和被测电波间的相对运动来得到多普勒效应产生的频移。一般来说我们在测向天线接收场里，用足够高的速度运动来实现，当测向天线作圆周运动的时候，我们利用来波信号的相位受到正弦调制。通过多普勒频移f与0点参考频率相比较，即可得来波方向角。
3.5 乌兰韦伯尔测向体制
乌兰韦伯尔测向体制的测向原理是采用大基础测向天线阵，在圆周上面架设多副测向天线，来波信号可以经过可旋转的角度计、移相电路、合差电路形成合差方向图，最后再利用测向找到方向。以民用的40副测向天线阵元为例，角度计瞬间可与12副天线元耦合，进而分别利用移相补偿电路把信号相位对齐，这样就可以形成旋转的等效直线天线阵，12副天线分为两组，每组6副，进而两组间可以经过合差电路的相加减形成合差方向图。测向以合差方向图来找来波方向，在来波方向里，用两组天线信号均处在来波等相位位面上，两组天线信号大小相等，差方向图输出相减为零，合方向图时，为一组天线信号输出的二倍。
3.6 空间谱估计测向体制
空间谱估计测向体制的测向原理：在已知坐标的多元天线阵里，测量单元或多元电波场的来波参数，经过多信道接收机变频、放大来得到矢量信号，把采样量化为数字信号阵列，送给空间谱估计器，再运用确定的算法求出各个电波的来波方向、仰角、极化等参数。
空间谱估计测向体制的特点是空间谱估计测向技术可以实现对几个相干波同时测向，这是其它测向体制所不具有的。它可以实现在同信道中对同时存在的多个信号进行超分辨测向。空间谱估计测向仅仅利用很少的信号采样，就可以精确测向，它的测向准确度比传统的测向体制高了很多。并且测向场地要求不高，可以实现天线阵元特性选择以及阵元位置的灵活性。
4 无线电测向在军用和民用领域的应用
随着无线电事业的飞速发展，无线电测向技术在民用和军用得到了极大的应用，但依靠传统仪器设备组成的无线电监测测向系统已不能满足当前各种新型、密集的无线电信号的监测和测向的要求，尤其是在电子作战中，无线电测向技术更是大显身手，要将干扰功率最大化加载在敌方的通信设备上，首先要求我们的是，测出敌方的通信所在地。从军用微波通信的特点看，其天线波束窄，电波方向性强，与军用战术电台广播发射的电波截然不同。所以高度数字化、集成化和数字处理技术应用，自动化、智能化、网络化和小型化，多信道的信号监测和测向就成为发展的潮流。因此，国内外的许多公司都研发或集成了较为先进的固定、车载、移动及手持式测向设备。有的公司可根据用户对设备性能及经济能力的要求进行相应设计，可组成单信道、双信道及多信道的相关干涉仪或其他体制的监测测向系统，并具备宽带扫描、本振共享、同步采样、信号识别、信号分析功能，系统测向功能极其强大，且测向速度快、灵敏度高、动态范围大、可靠性强，计算机自动控制，界面友好、直观，操作使用极为方便，大大提高了无线电技术人员测定无线电辐射源或无线电干扰的能力。
参考文献：
[1]刘利军.浅论无线电测向技术及其应用[期刊论文].中国高新技术企业，2009（7）.
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[3] 刘万洪，宋正来，候小江，韩健.LIU Wanhong.SONG Zhenglai.HOU Xiaojiang.HAN Jian 无线电通信测向中的极化误差分析[期刊论文].现代电子技术，2007，30（13）.
[4] 徐子久，韩俊英.无线电测向体制概述[期刊论文].中国无线电管理，2002（3）.
[5] 赛景波.杨元多普勒无线电测向系统[期刊论文].电子产品世界，2008（10）.
[6] 岳新东.无线电测向和无线电干扰查处[学位论文].2008.
[7] 鄢恒聪.浅析主流无线电测向技术体制[期刊论文].中国无线电，2006（4）.
天线技术论文范文3
关键词:MIMO 超宽带 射线跟踪 信道
中图分类号:TN2文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 01-099-01
1序论
超宽带技术(UWB)是由一系列周期非常短、频率非常高的脉冲波实现的一种通信方式,通常也被称为脉冲通信技术。当信号频率与中心频率的比值大于等于25%,或者带宽大于等于500Mbps,则为超宽带。
将MIMO技术用于UWB系统具有很高的链路可靠性和速率适配能力, MIMO-UWB系统能够在时域上很好地解决有害的码间干扰和信道间干扰问题,原因在于接收信号具有良好的自相关及互相关特性。同时又有很多关键技术可以运用,见文献[1]。
2UWB信号选取
在本文中,我们选取高斯二阶信号作为发送信号,根据文献[2]可知,从相干带宽的数据来分析,高斯信号族相干带宽较大。当传输信号带宽大于信道带宽时,信号经过信道将会产生频率选择性衰落,这种衰落将会造成传输信号的码间干扰。而高斯信号所产生的码间干扰较小。高斯二阶信号又优于其它阶的高斯信号。由此,可以得出高斯二阶信号建立的室内信道模型较其它信号建立的模型更准确。波形表达式为:
(2.1)
其中:――脉冲幅度,取值为1;――为脉冲成型因子,取值为;――为脉冲持续时间,1/中心频率;进行归一化处理后可得到时域的高斯二阶波形见图1:
图1时域的高斯二阶脉冲波形
3用高斯信号仿真分析室内MIMO信道
3.1计算过程
根据射线追踪法的详细计算过程,我们可以求得信道的H矩阵中任意hij,可将其转化为时域形式公式(3.1),接收波形的时域表达形式为式(3.2)
(3.1)
(3.2)
其中:为每一射线到达接收点的功率值,为相位变化,为发送信号的载波频率,为每一射的时延,为有效射线数。为高斯二阶信号,由求得。
我们将式(2.1)及式(3.1)带入式(3.2)可化简得到一对发送接收天线的接收波形表达式为式(3.3),总的接收波形为公式(3.4),N,M分别为发送接收天线数。
(3.3)
(3.4)
3.2仿真图形
仿真环境: 2天线,发送天线(半波偶极子)坐标[1,1,1],[1.2,1,1];接收天线[6,7.5,0.8],[6.2,7.6,0.8],发射频率2.35GHz~2.85GHz。以1MHz为间隔,取500个点,房间尺寸8, LOS环境。
我们把大的带宽分为N个小的带宽,在每个带宽内取中心频点进行计算,则分割之后的子信道,可视为平坦的,慢衰落信道,则可以由前文提到的频域的射线追踪算法进行计算,计算完每个子信道之后再进行叠加处理。得到的仿真图为:
图2天线的接收波形
3.3结果分析
图2为两个接收天线接收到的波形图,从图中可以看出接收端的第一条到达路径幅度最大,原因是第一条到达路径是直达路径,没有传播损耗和反射损耗。由于是MIMO信道,则两个发送天线到达同一根接收天线的时延不一样,则两个直达路径的时延不一样,峰值则是由接收功率决定的。把图中的部分波形进行放大可以发现在有的位置出现了波形的混迭,原因为反射次数多,到达接收天线的几条路径时延很接近,时域波形进行了叠加,而由于多径效应造成了时延展宽,引入码间干扰。
4结论
本文以确定性的射线追踪算法为基础,通过理论分析选取高斯二阶脉冲信号作为实验波形,在室内MIMO情况下,进行频带分割,推导接收波形的公式,通过公式仿真MIMO-UWB信道的接收波形,并分析波形出现混迭是由于多径效应造成了时延展宽,引入码间干扰。
参考文献:
[1]杜洪峰,周正.基于自适应调制技术的MIMO-UWB无线通信系统的研究[J].电子与信息学报,vol.28, No.6, 2006.
天线技术论文范文4
【关键词】微带天线；圆极化；GPS
1、GPS微带天线的介绍
微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线。它利用微带线、同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射，因此微带天线可看作是一种缝隙天线。和常用的微波天线相比，它有如下一些优点：体积小、重量轻、成本低，馈电网络可与天线结构一起制成，适用于用印刷电路技术大批量生产，能与有源器件和电路集成为单一的模件，容易获得圆极化，容易实现双频、多频段工作等。
GPS卫星星座由24颗卫星组成，其中工作星21颗，备用星3颗，卫星分布在6个轨道面上，每个轨道上均匀分布4颗，卫星运行周期为11时58分。卫星在地平面以上的数目随时间和地点的变化而异，最少为4颗，最多为11颗。卫星向用户发送导航电文，GPS接收机同时接收至少4颗卫星信号，利用接收机到卫星的距离计算出测点的三维位置。
GPS微带天线的设计指标
1）工作频率： 1.575GHz±2.5MHz；
2）天线尺寸： ≤80×80×2mm3；
3）极化方式： 右旋圆极化；
4）轴比： AR≤3dB；
5）电压驻波比： VSWR≤2.0；
6）方向图： 水平面≥100°，垂直面≥100°；
7）天线接口： SMA-50-KFD；
2、GPS微带天线方案选择
根据天线原理知识并接个项目指标要求，设计方案如下：
2.1天线形式的确定
由于天线的尺寸厚度较小，为此，我们采用厚度2mm，相对介电常数为2.65的聚乙烯作为介质材料的微带天线进行实现；并且GPS信号是由卫星从空间发送下来的，为了消除电离层对信号的法拉第旋转效应，信号采用的是右旋圆极化，因此，接收天线也应采用右旋圆极化方式。
2.2天线尺寸及样式
建立起天线仿真模型。上层为天线贴片，尺寸如图1；中间层为厚度为2mm，相对介电常数为2.65的聚乙烯介质层；底层为金属底板。其中，介质层底面和金属地板尺寸均为70mm×70mm。另，馈电位置为坐标（0，9，0），馈电孔半径0.5mm，底面半径1.5mm。
采用Ansoft HFSS软件对所设计的微带天线主要电性能参数进行仿真分析，天线频率1.57GHz时，电压驻波比为1.45；在频率1.58GHz时，电压驻波比为1.51.在指标要求的频率范围内，电压驻波比均小于2.0，满足指标要求。具体仿真结果如图2：
天线在频率1.575Ghz工作时，Theta=0°增益值为6.733dB；Theta=-52°增益值为3.029dB；Theta=51°增益值为3.104dB；XOZ面放线图基本可以覆盖-51～53°。天线在频率1.575Ghz工作时，Theta=0°增益值为6.733dB；Theta=-51°增益值为3.011dB；Theta=53°增益值为3.023dB；XOZ面放线图基本可以覆盖-51～53°。XOZ、YOZ面轴比值随Theta变化仿真结果如图3：
2.3天线极化的判断
由轴比可以判断圆极化，关于是左旋圆极化还是右旋圆极化把GainLHCP和GainRHCP画在同一张图上即可看出。
通过这张图，我们可以清晰的看出，该天线为右旋圆极化微带天线。
3、结语
本次设计大体上延续了普通的圆极化微带天线的设计方法，但是在细节上如天线的尺寸、馈点的选择以及增益的方面做出了改动使其更加适合于GPS卫星使用。特别是相位中心的稳定性和优良的广角圆极化特性都较之于其他类型的天线更优，为GPS应用提供了一种性能优良的天线。
参考文献
[1]王宝志.微波技术与工程天线.北京：人民邮电出版社，1991.10
天线技术论文范文5
关键词：GPS，误差，应用，改进
一、概述GPS及其应用
GPS即全球定位系统(GlobalPositioning System)是美国从本世纪
70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成的卫星导航定位系统。作为新一代的卫星导航定位系统经过多年的发展，已成为在航空、航天、军事、交通运输、资源勘探、通信气象等所有的领域中一种被广泛采用的系统。我国测绘部门最初主要将GPS系统用于高精度大地测量和控制测量，建立各种类型和等级的测量控制网，现在它除了继续在这些领域发挥着重要作用外还在测量领域的其它方面得到充分的应用，如用于各种类型的工程测量、变形观测、航空摄影测量、海洋测量和地理信息系统中地理数据的采集等。GPS以测量精度高; 操作简便，仪器体积小，便于携带; 全天候操作;观测点之间无须通视;测量结果统一在WGS84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节、高效益等显著特点,赢得广大测绘工作者的信赖。GPS 的主要特点有：
（1）全球覆盖连续导航定位:由于GPS 有24 颗卫星,且分布合理,轨道高达20~200km,所以在地球上和近地空间任何一点,均可连续同步地观测4颗以上卫星,实现全球、全天候连续导航定位。
（2）高精度三维定位: GPS 能连续地为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时间信息。GPS提供的测量信息多,既可通过伪码测定伪距,又可测定载波多普勒频移、载波相位。
（3）抗干扰性能好、保密性强; GPS 采用数字通讯的特殊编码技术,即伪噪声码技术,因而具有良好的抗干扰性和保密性。
二、GPS 定位的误差来源分析
GPS 测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标。因此，对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS 测量产生误差。主要误差来源可分为:与GPS卫星有关的误差;与信号传播有关的误差;与接收设备有关的误差。
1．与卫星有关的误差
（1）卫星星历误差
卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称为卫星轨道误差。它是一种起始数据误差,其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。星历误差是GPS 测量的重要误差来源.
（2）卫星钟差
卫星钟差是指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～0.1ms以内，由此引起的等效误差将达到300km～30km。这是一个系统误差必须加于修正。
（3）SA干扰误差
SA误差是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策，简称SA政策，它包括降低广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的δ技术。实施SA技术后，SA误差已经成为影响GPS定位误差的最主要因素。虽然美国在2000年5月1日取消了SA，但是战时或必要时，美国可能恢复或采用类似的干扰技术。
（4）相对论效应的影响
这是由于卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位) 不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差。
2．与传播途径有关的误差
（1）电离层折射
在地球上空距地面50～100 km 之间的电离层中,气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离,形成大量的自由电子和正离子。免费论文。当GPS 信号通过电离层时,与其他电磁波一样,信号的路径要发生弯曲,传播速度也会发生变化,从而使测量的距离发生偏差,这种影响称为电离层折射。对于电离层折射可用3 种方法来减弱它的影响: ①利用双频观测值,利用不同频率的观测值组合来对电离层的延尺进行改正。②利用电离层模型加以改正。③利用同步观测值求差,这种基线的效果尤为明显。
（2）对流层折射
对流层的高度为40km 以下的大气底层,其大气密度比电离层更大,大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能,其温度随高度的增加而降低。GPS 信号通过对流层时,也使传播的路径发生弯曲,从而使测量距离产生偏差,这种现象称为对流层折射。减弱对流层折射的影响主要有3 种措施: ①采用对流层模型加以改正,其气象参数在测站直接测定。②引入描述对流层影响的附加待估参数,在数据处理中一并求得。③利用同步观测量求差。
（3）多路径效应
测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收机天线,将和直接来自卫星的信号(直接波) 产生干涉,从而使观测值偏离,产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。减弱多路径误差的方法主要有: ①选择合适的站址。测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中,应离开高层建筑物。②选择较好的接收机天线,在天线中设置径板,抑制极化特性不同的反射信号。
3．与GPS 接收机有关的误差
（1）接收机钟差
GPS 接收机一般采用高精度的石英钟,接收机的钟面时与GPS 标准时之间的差异称为接收机钟差。把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数,并认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的,在数据处理中与观测站的位置参数一并求解，可减弱接收机钟差的影响。
（2）接收机的位置误差
接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差,叫接收机位置误差。其中包括天线置平和对中误差,量取天线高误差。在精密定位时,要仔细操作,来尽量减少这种误差影响。免费论文。在变形监测中,应采用有强制对中装置的观测墩。相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响可达数毫米至厘米。而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。在实际工作中若使用同一类天线,在相距不远的两个或多个测站同步观测同一组卫星,可通过观测值求差来减弱相位偏移的影响。但这时各测站的天线均应按天线附有的方位标进行定向,使之根据罗盘指向磁北极。
（3）接收机天线相位中心偏差
在GPS 测量时,观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的,而天线的相位中心与其几何中心,在理论上应保持一致。但是观测时天线的相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响可达数毫米至厘米。而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。
三、GPS的最新发展与改进
面对导航市场的迅速发展和强大的竞争压力，美国政府不得不作出反映，计划在未来10年内对GPS做一系列的调整和改进。对GPS的改进将对GPS系统的3个部分进行，其中对星座部分的改进最大。
1．GPS星座的改进
(1)改善星座的分布(2)增强卫星的自主导航能力(3)取消SA政策(4)增加民用频率(5)频率复用(6)增强卫星发射信号的功率
2．地面监控部分的改进
卫星位置的精度直接影响到用户的定位精度，而地面监控站的数量和分布部分地决定了GPS卫星定轨的质量。目前GPS共有5个监控站，卫星位置的精度为1m～2m。免费论文。美国军方正计划将国家制图局（NIMA）的7个GPS监控站纳入目前的控制网，使将来的监控站的分布更加均匀、密度更大，为了计算卫星的位置提供更多的、更及时的高质量观测数据。预计在未来10年，卫星星历的精度将达到亚米级，甚至达到厘米级，同时，向卫星上传数据的频率也将更高。
3．用户接受部分的改进
由于用户的用途不同，用户接受机的改进也是多样化的。接收机的硬件部分正朝多样化、小型化、模块化、集成化、操作简单等方向发展，例如出现了一些新的接收机可根据用户的需求用软件设定单频GPS、双频GPS等模式。接收机的面板上只有一、两个按钮和若干个显示灯组成，可完成接收机的基本操作。GPS的数据解算软件将基于数据库，朝着图形化、智能化等方向发展。这些发展的最终的目的是让一般用户更方便的使用GPS。
参考文献
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天线技术论文范文6
【关键词】滑动聚束 合成孔径雷达 解模糊 BP算法
滑动聚束式SAR是一种新颖的SAR工作模式。它通过控制天线辐照区在地面移动的速度来控制方位向的分辨率，其成像的面积要比聚束SAR大，并且其分辨率可以高于相同尺寸天线的条带SAR的分辨率，它可以在高分辨率和大面积成像中做出很好的权衡。目前国外先进的SAR系统，如PAMIR、TerraSAR-X等都采用了这种成像模式。聚束和条带模式可以看成是滑动聚束模式的特例；当辐照区在地面上的移动速度为零时，即为聚束成像模式；当辐照区在地面移动的速度为飞机的速度时，即为条带成像模式。当辐照区的移动速度在零与飞机速度之间时，用同样尺寸的天线，由于方位向相干累积的时间要比条带SAR 长，因此其方位向的分辨率大于条带SAR 的分辨率。由于在扫描过程中辐照区移动的速度不为零，所以其方位向成像尺寸要比聚束模式下方位向成像尺寸要大。
1 滑动聚束SAR工作模式
滑动聚束工作模式是对条带工作模式和聚束工作模式的折中，该模式下雷达系统实时控制天线波束指向来减缓天线波束在地面上的移动速度，增加雷达系统对地面目标的观测时间，进而获得较传统条带工作模式更高的方位向空间分辨率，与此同时，由于天线波束在地面仍然存在一定的移动速度，能够获得较聚束工作模式更大的方位向测绘带宽度。其工作方式如图1所示。
以卫星飞行的慢时间tm为横轴，卫星以速度v沿该轴匀速运动。设卫星与点目标P的垂直距离为RB。而在飞行过程中，天线波束中心始终指向地面上的某一点（图中黑点所示，聚束模式下始终指向地面的某一假想点，滑动聚束模式下始终指向地面下的某一假想点）。tm轴的原点O以卫星位于正对该假想点位置的时刻为准，即卫星飞行经过慢时间tm=0时刻时距离该假想点的距离最短。根据斜视角，即可获得每个脉冲时刻卫星的方位坐标。
当满足下面条件时，地面上的点目标可以被完整地照射到：
为雷达中心频率对应的波长，c为光速，tm为方位向慢时间，为距离向快时间，γ为发射线性调频信号的调频率。落在这两个窗函数中的点目标才能被该脉冲波束所照射覆盖到。
2 星载SAR主要参数获取的问题
图2为天基雷达的对地观测几何图形，设地球半径为Re，卫星轨道距离地面的高度为h，如果中心视角φ0已知的情况下，我们可以按以下公式计算出其它主要参数：
对应的中心入射角
卫星的轨道近似为一个偏心率较低的椭圆，通常情况下，可以将轨道看做圆形来处理。如果轨道为圆周，则轨道周期P的平方与轨道的半径Rs的三次方之间有如下的关系：
在大多数情况下，只要适当选择传感器速度，就可以得到一种简单的几何关系，该模型下的距离等式为双曲线，这样就使不同域中的信号特性可以方便地表达，并且也能简单导出数据处理等式，如图4。
假设飞行路径为局部直线，地球为局部平坦且不转动，则传感器到目标点的距离由如下双曲等式给出：
在此假设情况下，双曲等式同样适用于星载情况，只不过Vr不是物理速度，而是为了使实际距离等式符合双曲模型等式而选定的虚拟速度。星载与机载的重要区别在于星载中的Vr是沿距离变化的。同过比较上两图中的两种几何关系，可以看出，，所以等效速度，并且，根据局部圆轨道假设，为卫星轨道速度Vs，而为波束覆盖区的速度，即地面速度Vg。Vg的值假设了地球在点C附近为局部球形，因此Vg与Vs平行。
3 解模糊方法
在星载SAR成像中，PRF的选取通常只是天线照射范围所产生的多普勒带宽的1.1或1.2倍。SAR中所需要的多普勒带宽与分辨率的关系为：
在星载滑动聚束SAR中，由于PRF的选取受诸多条件的限制，PRF选取通常之比瞬时的多普勒带宽略大，而比整个信号多普勒带宽要小的多，也就是在回波中会存在多普勒模糊的现象，因此需要研究滑动聚束SAR的解模糊问题。
一般会采用dechirp操作解决多普勒混迭，而滑动聚束SAR和聚束SAR的最大区别是滑动聚束SAR的成像区域要比一个天线辐照区域要大，因此我们在dechirp时如果以场景中心点做dechirp操作时，此时场景所引起的多普勒带宽仍然大于脉冲重复频率，因此需要将方位向数据分成若干个子孔径，各个子孔径之间可以进行一定的重叠。在子孔径内采用dechirp操作解决多普勒混迭的算法。算法流程如图5所示。
经过如上的操作后，可以完全解决多普勒模糊的问题。经过解模糊后，在回波数据于中没有多普勒模糊现象，此时可以用CS，波数域算法，极坐标算法等对解模糊后的数据进行成像
4 BP算法介绍
反投影（Backprojection，简称BP）算法源于计算机辅助层析（Computer-aided Tomography，简称CAT）成像技术。简单说来， BP算法是一种逐点成像的算法，是一个点对点的图像重建过程。在实际中，雷达发射的是球面波，那么散射点回波信号在距离压缩后的徙动轨迹是弯曲的，且不同距离散射点轨迹的弯曲程度不一样，因而不同散射点需要进行不同的聚焦处理。而BP逐点成像的特性恰好能满足这个要求，它可以通过计算每个像素到每个天线位置的距离，沿每个散射点的轨迹对其进行时域相干叠加实现高分辨率成像。也就是说，在每个脉冲对应的天线位置，都逐点计算各个像素到此天线位置的距离，然后通过对距离压缩后回波数据进行插值的方法得出这个脉冲对各个像素所作出的不同贡献。图6为BP算法根据目标徙动轨迹实现“点对点”图像重建的示意图。
正因为BP算法逐点成像的特性，对不同频带不同模式，包括大斜视情况，BP算法都可以根据分辨率要求和实际情况人为地设定地面像素网格点，不论多么巨大的距离徙动BP算法都可以对每一个像素点沿着其各自的徙动曲线对该点目标进行其能量的积累。
地面成像处理流程如图7所示，步骤如下：
Step1. 构造地面像素网格点
根据分辨率要求，在地面成像区域构造不同像素间隔的像素网格点，记录每个像素点的方位、距离坐标，并保证方位、距离两维像素分辨单元大小基本匹配。
Step2.反投影
逐脉冲读取并处理， 主要有3个步骤，分别为：
（1）距离脉冲压缩
距离脉压过程参考自检处理。距离脉压结束后无须作多点叠加，保留全部过采样点。
（2）判断波束覆盖地面像素点
根据每个像素点的方位、距离坐标和该脉冲对应的天线位置和方位波束宽度，可判断出像素点中哪些处于此脉冲波束覆盖范围内，对其进行记录。
3>.逐像素点反投影
逐点计算波束覆盖像素中每个像素与该脉冲对应天线位置的瞬时距离，然后根据此距离对距离脉压数据进行插值，得出这个脉冲对所覆盖不同像素点所作出的不同能量贡献，并将其放置于对应像素点上。对同一像素点，将不同脉冲对其贡献的能量相干叠加。
对一个脉冲处理结束后即可抛弃此脉冲，继续读取下一个脉冲并处理。图像的方位分辨率随脉冲数增加而提高。
在BP这种时域成像算法中，地面像素点的设置都是根据分辨率要求和实际情况人为地设定的，一般可以按照略小于分辨率的间隔，按照希望得到的图像几何方向，等间距地设置地面网格。这样的特性就使得BP存在以下几个优势：
（1）由于像素设置的任意性，即使是大斜视情况，所获得的图像在视觉上可是我们所希望的任意方向，不会存在几何失真。
（2）对一个脉冲，根据雷达方位位置与像素点的地理坐标，就可以逐一判别某个像素点是否被其照射到。对所照射到的像素点，进行反投影的操作；对未照射到的像素点，不进行操作。最终就可自然获得接续的SAR图像，无需考虑拼接。
5 仿真实验
本模式下的仿真参数为：采用滑动聚束（spotlight）模式对方位向400km（A）*50km（R）的场景进行0.1m成像分辨率处理，轨道高度1100km，15°波位，X波段，滑动聚束成像几何常数A=1/8，天线方位向直径为1.6m，距离向直径0.6m。仿真中，地球半径取6371km；为分析对场景中不同位置点目标的聚焦能力，在其对应的地面有效成像场景范围内均匀设置了17*3个点目标，分布位置如下图所示，点目标间隔为25km。由于不是实测数据，无法得到卫星的姿态数据，因而认为照射场景相对全合成孔径来说为正侧视照射，只依据轨道高度和视角来计算初始参数，如图8。
数据采集三维几何模型以如下，根据分辨率要求，像素间隔设为0.08m，如图9。
仿真结果如图10所示，可见图像清晰，无拼接痕迹：
边缘A点的三维响应及其等高线图及剖面图如图11。
由等高线图看出其聚集良好。由于对A点成像的阶段属于前斜视成像，该点目标等高线图呈斜十字型。下面再给出点O的详细分析，如图12和表1。
由于对O点成像的阶段属于正侧视成像，因而剖面图及参数都较为理想。
6 小结
本文对星载滑动聚束SAR成像中的关键技术进行了研究，研究了成像几何参数、卫星等效速度的获取方法以及解模糊方法。为解决子图像的拼接问题，本文选择了BP成像算法，对其成像机理进行了深入研究，对BP算法应用于星载滑动聚束SAR模式时的流程设计进行了详细分析，按照该流程可快速实现滑动聚束SAR中的图像拼接，并用仿真实验对该方法进行了验证。
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作者简介
聂鑫（1983-），女，博士毕业于南京航空航天大学，目前担任中国电子科技集团第十四研究所高级工程师.研究方向为合成孔径雷达信号处理成像，曾发表SCI论文3篇，EI论文3篇，核心期刊论文2篇。“一种基于变尺度原理的合成孔径雷达极坐标格式成像算法”国家发明专利一项，已授权。
作者简介
聂鑫（1983-），女，现为南京电子技术研究所高级工程师。主要研究方向为合成孔径雷达信号处理。
雷万明（1964-），男，现为南京电子技术研究所高级工程师。主要研究方向为合成孔径雷达信号处理。
沈石坚（1983-），男，现为南京电子技术研究所高级工程师。主要研究方向为火控雷达信号处理。
